9月22日:拉森火山国家公园(Lassen Volcanic National Park)位于加利福尼亚州的喀斯喀特山脉(Cascade Mountains)中,拥有令人惊叹的温泉景观及其他地热现象,这些现象都是由地壳深处的熔岩活动所驱动的。科学家们在这片区域发现了一种极其耐热的微生物,它无疑属于地球上已知最耐热的微生物之一。
这种此前未知的变形虫属于单细胞生物,以其能够自由改变形态的特性而闻名。研究发现,这种微生物能够在极高温度下存活并繁衍:在高达145.4华氏度(63摄氏度)的环境中,它仍能继续生存;即使在147.2华氏度(64摄氏度)的高温下,它也能保持活跃状态,继续觅食并探索周围环境。当温度升至158华氏度(70摄氏度)时,这种变形虫在恢复到较低温度后仍能恢复正常功能。
它的耐热能力创下了所有真核生物(Eukaryotes)的新纪录。真核生物是地球上最复杂的生命形式,包括人类、动物、植物、真菌以及一大类被称为“原生生物”(Protists)的微生物(其中就包括变形虫)。真核生物的细胞内含有被膜包裹的细胞核以及其他被膜包裹的细胞器,而这些结构在细菌等简单生物体内是不存在的。
“这些温度远远超出了我们之前对真核生物耐热能力的认知,这重新引发了关于‘复杂生命’极限的讨论,”该研究的首席作者、来自纽约州锡拉丘兹大学(Syracuse University)的生物学家贝丽尔·拉帕波特(Beryl Rappaport)说道。这项研究结果已于周二发表在《细胞》(Cell)杂志上。
它的学名彰显了其耐热特性,意为“来自喀斯喀特的火变形虫”。变形虫是非常成功的生物,这归功于其结构灵活性、众多生存机制和进化适应能力。它们能不断改变形状,通常通过伸出称为伪足的构造来爬行,并在数亿年间在各种环境中繁衍生息。
此前,少数红藻(包括Cyanidioschyzon merolae)和真菌(包括Thermomyces lanuginosus)保持着真核生物的耐热纪录,约为140华氏度(60摄氏度)。
还有一些微生物并非真核生物,例如细菌和古菌,以及病毒——它们都没有明确的细胞核,且基因组都较小。一种名为Methanopyrus kandleri的古菌保持着地球上所有生命的耐热纪录,能承受252华氏度(122摄氏度)的高温——远高于水的沸点——生活在深海热液喷口附近。
微观捕食者。据锡拉丘兹大学生物学家、该研究资深作者安吉拉·奥利韦里奥介绍,研究人员在温泉溪的一条支流中发现了Incendiamoeba,这条热溪流靠近拉森国家公园的德雷克斯巴德地区。这是拉森为数不多的pH中性地热地点之一,意味着既非酸性也非碱性,而Incendiamoeba在该环境中繁盛生长。
耐受高温的能力使Incendiamoeba受益匪浅。它是其温泉环境中的顶级捕食者,以嗜热细菌为食。
拉帕波特说:“Incendiamoeba cascadensis拥有这种程度的耐热性的一个潜在优势是,它可以通过成为其环境中唯一此类生物来避免与其他物种争夺食物或其他资源。由于在这些温度下尚未发现以变形虫为食的生物,例如微型动物,它也避免了捕食者。”
研究人员记录了这种变形虫如何在高温环境下通过改变自身形态并形成一层保护性外壳来保护自己,并发现在这种条件下,与DNA修复及细胞内部物质运输系统相关的基因活性有所增强。这一发现凸显了地球生物的适应能力。
“我认为这项研究最重要的意义在于,它挑战了我们对真核生物如何以及在何种环境中能够存活的理解。这不仅有助于我们理解复杂细胞的进化机制及其演化过程,也为我们在地球上及其他宇宙区域寻找生命提供了新的线索,”奥利维里奥说道。
“每次我们了解到生命能够在看似恶劣的环境中以多种方式存活下来时,我都感到无比振奋,”奥利维里奥补充道。